Colisão entre dois buracos negros forma novo campo com massa de 142 sóis


Frank Pallotta da CNN
02 de setembro de 2020 às 16:59 | Atualizado 02 de setembro de 2020 às 17:00
Dois buracos negros em fusão

Simulação numérica de dois buracos negros em fusão, emitindo ondas gravitacionais

Foto: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

Astrônomos detectaram a mais intensa fusão de dois buracos negros através das ondas gravitacionais mais antigas e distantes que já atingiram a Terra.

Essa colisão criou o primeiro buraco negro de massa intermediária descoberto, que equivale a 142 vezes a massa do sol do nosso sistema solar.

A explosão de energia causada por essa fusão, que ecoou através de ondas gravitacionais ou ondulações no contínuo do espaço-tempo, se equipara à energia de oito sóis. Essas ondulações levaram 7 bilhões de anos para viajar pelo universo até se aproximar da Terra.

Esse recém descoberto buraco negro tem o que é chamado de “massa intermediária”, porque sua massa está entre 100 e 1000 vezes a do Sol. É maior do que a massa estelar (massa das estrelas) e menor do que a dos buracos negros supermassivos.

O sinal que os astrônomos registraram nas ondas gravitacionais provavelmente ocorreu no momento em que dois buracos negros se encontraram. 

As ondas foram rastreadas na Terra no dia 21 de maio de 2019, pelos detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser da Fundação de Ciência Nacional dos Estados Unidos, conhecido como LIGO, e também pelos detectores Virgo, na Itália.

Dois estudos publicados nesta quarta-feira (3), um sobre a ocorrência nas ondas gravitacionais, na revista científica Physical Review Letter, e outro, detalhando as implicações dessa ocorrência, na Astrophysical Journal Letters.

“Um dos maiores mistérios da astrofísica é como se formam os buracos negros supermassivos?”, disse Christopher Berry, revisor do estudo pelo conselho do LIGO, um grupo de cientistas que analisa descobertas, em nota.

Leia também:
Astrônomos testemunham 'batimento do coração' de um buraco negro
Estrela em formato de gota é descoberta por astrônomos amadores

“Existem milhões de elefantes do tamanho do sol na sala”, disse Berry, que também é professor visitante na Universidade de Northwestern, se referindo às muitas perguntas sem resposta sobre o tema.

“Eles crescem de buracos negros de massa estelar, que surgem quando uma estrela colapsa, ou de formas que ainda não foram descobertas. Procuramos há muito tempo por um buraco negro que tivesse uma massa intermediária para indicar a ponte entre buracos de massa menor para outros de massa maior”, ele disse.

Essa busca foi concluída. “Agora, temos provas de que buracos negros de massa média existem”, afirmou.

A interferência nas ondas gravitacionais durou cerca de um décimo de segundo. As ondas foram originadas a 7 bilhões de anos-luz de distância – a fonte mais distante até agora.

Com a detecção desse evento, a LIGO observou o inesperado que levou à quebra de outras barreiras.

“A observação de ondas gravitacionais é revolucionária”, disse Berry. “Com essas descobertas através delas, não demorará muito até que tenhamos dados o suficiente para descobrir os mistérios sobre como buracos negros nascem e como eles crescem”.

A ocorrência nas ondas gravitacionais foi chamada de GW190521. As quatro pequenas movimentações encontradas pelos detectores representam uma explosão que viajou por todo o espaço para chegar até nós 7 bilhões de anos depois.

“Isso não se parece com as pequenas interferências que geralmente registramos”, disse Nelson Christensen, colaborador do time que coordena o observatório Virgo e diretor do laboratório Artemis no Observatório da Côte d’Azur, em nota.

“Isso é mais parecido com uma explosão, o maior sinal que o LIGO e o Virgo já registraram”.

Dois buracos negros

Simulação numérica de dois buracos negros se fundindo

Foto: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics

Por que esse buraco negro é diferente dos outros?

Existem duas principais categorias de buracos negros.

Os de massa estelar se formam quando uma grande estrela morre e sua massa varia entre algumas vezes a massa do sol ou dezenas de vezes a massa dele. E os supermassivos, como aqueles encontrados nos centros de galáxias como a nossa, podem ter a massa de até bilhões de vezes a do nosso sol.

E então, existe esse novo tipo intermediário de buraco negro, que está entre os dois. Ele foi formado por dois grandes campos que, provavelmente, nasceram de estrelas que colapsaram. Dos dois que se fundiram, o maior tinha a massa de 85 sóis e o outro, de 66 sóis.

As estrelas colapsam com seu próprio peso quando seus interiores aumentam e não tem mais pressão o suficiente para suportar as camadas externas. O resultado pode criar um buraco negro.

Novas perguntas

“Esse acontecimento abre mais perguntas do que dá respostas”, disse Alan Weinstein, membro da LIGO e professor de física no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), em nota. “Da perspectiva da descoberta, é uma coisa muito animadora”.

Na verdade, os pesquisadores estão considerando que esse sinal minúsculo pode ter sido criado por uma fonte totalmente diferente da fusão dos buracos negros.

“E se algo completamente novo produziu essas ondas gravitacionais?”, disse Vicky Kalogera, principal investigadora da grupo de colaboração científica da LIGO.

“Por exemplo, talvez as ondas tenham sido emitidas por uma estrela que colapsou em nossa galáxia. O sinal também pode ter vindo de uma corrente cósmica produzida quando o universo inflou em seus primeiros momentos depois do Big Bang – apesar de essas possibilidades serem improváveis de acordo com os dados”.

“Estamos apenas no amanhecer da astronomia das ondas gravitacionais”, disse Kimball. “Não há momento melhor do que este para ser um astrofísico.”